Способ наблюдения за астероидами по всей небесной сфере
Владельцы патента RU 2753200:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Удмуртский государственный университет" (RU)
Изобретение относится к области обеспечения астероидной безопасности Земли космическими средствами. Способ заключается в том, что наблюдательные приборы (НП) устанавливают на спутнике Земли (например, Луне или ИСЗ), сообщая тем самым НП равномерное вращение с орбитальной угловой скоростью спутника. Одновременно линиям обзора НП из точки, откуда открыт круговой обзор космического пространства, сообщают сканирующее вращение в плоскости, перпендикулярной орбитальной плоскости спутника и касательной к наружной границе атмосферы Земли. Частоту данного вращения синхронизируют с орбитальным движением спутника так, чтобы за одно сканирование каждым НП охватывался пояс небесной сферы заданной угловой ширины. Техническим результатом является обеспечение обзора максимально возможной площади небесной сферы одним комплектом НП, размещённым на спутнике. 2 ил.
Изобретение относится к области обеспечения астероидной безопасности планеты Земля, а именно к наблюдению за космическим пространством и заблаговременному обнаружению астероидов, движущихся в сторону Земли.
Известен способ наблюдения за астероидами системой телескопов панорамного обзора Pan-STARRS (Сведения из Интернета: « wikipedia.org/wiki/Pan-STARRS»; и другой адрес «mir-znaniy.com…» Слежение за астероидами, угрожающими Земле), установленных на вулкане Халеакала (остров Мауи, Гавайи), где поиск астероидов возможен по доступному для обзора участку небесной сферы. Он обеспечивается несколькими наблюдательными приборами направленного действия, устремлёнными в радиальном направлении на определённую часть небесной сферы, находящейся в тот момент над этим регионом Земли.
Недостатками данного способа являются:
1) избирательная возможность наблюдения за небесной сферой, охватывающая значительный, но неполный участок её площади, и, как следствие, отсутствие информации об астероидах на неосмотренных участках небесной сферы, так как телескопы данного вида не заметят небесные тела, не охваченные их обзором в дневное время и не находящиеся в сфере их обзора в ночное время;
2) затруднённость наблюдения за космическими телами не в радиальном направлении, а в плоскости, касательной к точке нахождения данной наблюдательной системы на земном шаре (над горизонтом) вследствие наличия в два раза большего слоя атмосферы, чем в радиальном направлении.
Известен способ наблюдения за астероидами космическим телескопом (Сведения из Интернета: texnomaniya.ru/kosmos… Канада запускает на орбиту телескоп для слежения за астероидами, опубл. 2013-02-25), который заключается в обращении космического аппарата вокруг Земли и направленным действием телескопа обнаруживающего и отслеживающего астероиды.
Недостатком данного способа является избирательная возможность наблюдения за небесной сферой, охватывающая лишь небольшой участок её площади, и, как следствие, отсутствие информации об астероидах на неосмотренных участках небесной сферы, так как космический аппарат с телескопом ждёт указания от земных источников, в какую сторону направить телескоп, а это не обеспечивает систематического охвата небесной сферы наблюдением.
Известен способ (ближайший по технической сущности к предлагаемому и принятый за прототип) слежения за астероидами группами спутников, содержащих наблюдательные приборы направленного действия (Сведения из Интернета: news.rambler.ru/tech/38850453/... (Российская газета +ЕЩЁ1 от 10 января 2018 года «В России разработают систему слежения за опасными астероидами») – на геосинхронных (околоземных) орбитах. Спутники на геосинхронной орбите, оборачивающиеся вокруг Земли за одни сутки, будут следить за «всей» небесной сферой.
Недостатками данного способа являются:
1) избирательная возможность наблюдения за небесной сферой группой спутников, охватывающая значительный, но неполный участок её площади, и, как следствие, отсутствие информации об астероидах на неосмотренных участках небесной сферы, так как много телескопов также могут не заметить какие-то небесные тела, не охваченные их обзором;
2) сложность синхронизации рабочего движения наблюдательных приборов на спутниках по осмотру определённых им участков небесной сферы и отсутствие системности результатов слежения для составления из этих участков картины поверхности всей небесной сферы;
3) сложность управления движением каждого спутника для ориентирования направленного действия наблюдательных приборов в процессе слежения за всей небесной сферой;
4) высокая вероятность атаки множества спутников метеоритами и космическим мусором на околоземной орбите ввиду значительной их суммарной площади поверхности;
5) сложность обслуживания и ремонта отдельно каждого из множества спутников группы на орбите.
Задачей изобретения является обеспечение наблюдения за максимально возможной площадью небесной сферы одним устройством, содержащим наблюдательные приборы, размещённым на базовом небесном теле, путём придания рабочим движениям наблюдательных приборов последовательности и направления действия, при которых возможно наблюдение за каждым участком небесной сферы один за другим поочерёдно до полного осмотра и фиксирования наблюдаемых небесных объектов.
Схема осуществления заявляемого способа изображена на фиг. 1.
Сущность заявляемого способа наблюдения за астероидами 1 по всей небесной сфере 2 при помощи устройства 3, обеспечивающего возможность наблюдения за каждым участком L небесной сферы 2 один за другим поочерёдно, заключается в том, что устройство 3, содержащее наблюдательные приборы направленного действия, устанавливают на базовом небесном теле 4, например Луне или искусственном спутнике Земли, движущимся по околоземной орбите 5, сообщающими тем самым устройству 3 движение равномерного вращения вместе с собой вокруг Земли 6. Устройство 3 устанавливают в точке 7 базового небесного тела 4, с которой открыт круговой обзор космического пространства 8 в плоскости 9, перпендикулярной орбитальной плоскости 5 движения базового небесного тела 4 вокруг Земли 6, и, одновременно, являющейся касательной к наружной границе атмосферы Земли 6, ориентируют направленное действие наблюдательных приборов по линиям, исходящим из точки 7 и лежащим в касательной плоскости 9, и сообщают при помощи устройства 3 наблюдательным приборам постоянное рабочее движение равномерного вращения вокруг оси 10, перпендикулярной к касательной плоскости 9 в точке 7. Таким образом, направленное действие наблюдательных приборов получает сложное рабочее движение, позволяющее фиксировать, например фотоснимками, один за другим участки небесной сферы шириной и высотой L на расстоянии радиуса наблюдения R небесной сферы 2, на котором ожидается появление астероидов 1.
На фиг. 2 показана схема функционирования установленного на базовом небесном теле 4 (в данном случае искусственном спутнике Земли) устройства 3 с наблюдательными приборами.
Для того чтобы кадры на снимках наблюдаемых участков небесной сферы 2 шириной и высотой L соединялись друг с другом в полную общую шаровую картину, в сложном рабочем движении наблюдательных приборов (одновременном вращении в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) необходимо соблюдать кинематическое условие: постоянное рабочее движение равномерного вращения наблюдательных приборов вокруг оси 10, перпендикулярной к касательной плоскости 9 в точке 7 должно происходить с частотой вращения, определяемой по следующей математической зависимости:
Большая частота вращения наблюдательных приборов вызовет излишнее наложение снимков друг на друга, не добавляя при этом информации, что допустимо, а меньшая вызовет пробелы в воспроизводимой общей шаровой картине небесной сферы 2, а это не желательно для достижения максимально возможной полноты информации об астероидах, находящихся на радиусе наблюдения R небесной сферы 2.
Таким образом, снимками наблюдательных приборов поочерёдно охватывается кольцо за кольцом небесной сферы 2. Соединённые вместе, они создают общую шаровую картину, по которой возможно выявить движущиеся к Земле 6 астероиды 1 и другие небесные тела (на фигурах 1 и 2 не показаны), в какой бы точке небесной сферы они ни появились.
Способ наблюдения за астероидами по всей небесной сфере при помощи устройства, содержащего один или более наблюдательных приборов, заключающийся в проведении наблюдения приборами в определённом направлении небесной сферы при размещении устройства на поверхности базового небесного тела, движущегося по околоземной орбите и обеспечивающего тем самым устройству равномерное вращение в орбитальной плоскости вокруг Земли, и придании при помощи устройства одному или более наблюдательным приборам заданного рабочего движения для изменения направления наблюдения, отличающийся тем, что устройство располагают на поверхности базового небесного тела в виде естественного или искусственного спутника Земли в точке, с которой открыт круговой обзор космического пространства в плоскости, перпендикулярной орбитальной плоскости движения базового небесного тела вокруг Земли и являющейся касательной к наружной границе атмосферы Земли, ориентируют один или более наблюдательных приборов от указанной точки, соответственно, по линии или линиям, лежащим в этой касательной плоскости, и сообщают при помощи устройства одному или более наблюдательным приборам постоянное рабочее движение равномерного вращения вокруг оси, перпендикулярной к указанной касательной плоскости в указанной точке с частотой вращения, определяемой по следующей математической зависимости: 
, где R – радиус наблюдения небесной сферы; L – длина дуги небесной сферы, охватываемой одним наблюдательным прибором на расстоянии радиуса наблюдения в орбитальной плоскости базового небесного тела в пределах одного оборота наблюдательного прибора в касательной плоскости; N – количество наблюдательных приборов; Т – период обращения базового небесного тела вокруг Земли.
